PCB 布局是优化高速电路板线性性能的关键因素。本系列前几篇文章讨论了一些减少二次谐波失真的基本技术。本文受 TI 文档“高速 PCB 布局技术”的启发，试图详细讨论如何在高速差分 ADC 驱动器中布置轨到轨和轨到地旁路电容器，以实现可能的线性性能。

　　使用单端运算放大器的差分 ADC 驱动器

　　如图 1 所示，可以通过采用两个单端运算放大器来实现差分 ADC 驱动器。
　　图 1.使用两个相同的单端运算放大器实现差分 ADC 驱动器
　　当差分信号施加到这些相同路径时，各个运算放大器将产生相同的第二谐波分量。这些失真分量在 ADC 输入端显示为共模信号，它们将像任何其他共模噪声和干扰信号一样被差分 ADC 抑制。
　　在上一篇文章中，我们讨论了需要对称PCB 布局来保持两个单端路径相同并衰减二次谐波。在本文中，我们将讨论如何布局运算放大器的去耦电容以实现可能的线性性能。
　　我们知道，去耦电容充当电荷源，提供运算放大器应向负载提供的高频电流。为了提供高频差分电流，我们可以使用轨对地和轨对轨去耦电容。
　　轨对轨与轨对地去耦结构

　　在图 1 所示的结构中，传输到负载的电流是差分的，即当上部运算放大器向负载提供电流时，下部分支吸收电流，反之亦然。让我们考虑上部运算放大器提供负载电流而下部路径吸收电流的情况。图 2 显示了轨对地和轨对轨去耦选项以及电流路径。请注意，在此图中，为简单起见，未显示放大级的电阻器。此外，我们假设采用具有专用接地层的多层板。

　　图 2.轨对地（a）和轨对轨（b）去耦结构
　　采用轨对地去耦结构（图 2(a)）时，高频电流将从正极供电轨的旁路电容（Cbypass1 ）流向负载，然后流向负极供电轨的旁路电容（Cbypass2 ），如蓝色箭头所示。电路原理图表明节点 A 和 B 都位于地平面，蓝色箭头所示的路径是一条闭合的电流路径。然而，实际上，节点 A 和 B 是接地平面上的两个不同节点，电流应从节点 B 流向节点 A，以形成一条闭合的电流路径。因此，负载电流将通过接地平面提供的阻抗的路径流回 Cbypass1 的接地侧。
　　这种结构的挑战在于，任何流经接地平面且足够靠近负载电流返回路径的电流都可能与负载电流耦合并改变负载电流。此外，如果负载电流返回路径从节点 B 到 A 出现任何不对称，ADC 驱动器单端路径之间的对称性将受到影响，并且 ADC 输入端将出现更大的二次谐波。

　　为了避免这些问题，可以采用图 2(b) 中的去耦结构，在两个轨道之间放置一个旁路电容器。这样，差分负载电流将遵循蓝色箭头所示的路径，而不必流过接地平面。根据 TI 文档，轨到轨旁路电容器可以将二次谐波失真降低 6 到 10dB。请注意，为了在相反方向上提供差分负载电流，我们需要添加另一个轨到轨旁路电容器 (Cbypass4 )，如下图 3 所示。

　　图 3
　　Cbypass4提供的负载电流的路径如蓝色箭头所示。
　　那么共模电流呢？

　　在图1所示的结构中，运算放大器提供的电流主要是差分电流，可以由轨到轨去耦电容提供。但是，我们仍然可以有小的共模电流分量。例如，假设一个噪声分量耦合到两个运算放大器的同相输入端，并略微提高这些节点的电压。这将产生从两个运算放大器流出的共模电流。如图4所示，这样的共模电流将对PCB走线的杂散电容进行充电。

　　图 4

　　请注意，轨对轨旁路电容无法提供这些共模电流。在图 4 中，运算放大器必须直接通过电源和接地导体提供高频共模电流分量，这是不希望的。因此，我们需要添加轨对地旁路电容，如图 5 所示。

　　图 5
　　如您所见，从两个运算放大器流出的共模电流将由正轨和地之间的旁路电容（C旁路5和 C旁路7）提供。该共模电流将对走线的寄生电容充电。因此，返回电流将从寄生电容的接地侧流回到接地平面中 C旁路5和 C旁路7 的接地侧。同样，两个运算放大器吸收的共模电流将由放置在负轨和地之间的旁路电容（C旁路6和 C旁路8 ）提供。
　　轨至地电容可提供共模和差分电流

　　虽然我们添加了 C旁路 5、C旁路 6、C旁路 7和 C旁路 8来提供共模电流，但这些电容器也将提供负载高频差分电流的一部分。如图 2(a) 所示，使用轨对地电容器可能会不必要地使差分负载电流流过接地平面，这是不希望的。为了避免这种情况，我们可以以对称方式放置能够提供差分电流的轨对地旁路电容器，并在它们之间的中点接地。图 6 以图形方式对此进行了的说明。

　　图 6
　　上图显示了上部运算放大器提供负载电流而下部路径吸收负载电流的情况。在这种情况下，C旁路5和 C旁路8可以提供一部分负载差分电流。为了防止差分电流流过接地平面，我们通过电路板信号层上的 PCB 走线将 C旁路5和 C旁路8的接地侧连接在一起，并将该走线在中点接地（图中的节点 A）。对于差分信号，节点 A 理论上应为虚拟接地，差分电流不应流入接地平面（对于差分负载电流， I接地=0）。同样，我们将 C旁路6和 C旁路7对称放置，并将两个电容器之间的走线在中点接地。您可以在此 TI 应用中找到应用上述技术的示例布局。